(57)【要約】【課題】パンタグラフを用いる車両のランニングコストが高騰するのを抑制することができるパンタグラフ用すり板集電材料を提供することを目的とする。【解決手段】送電用架線と接触する摺動面を備えたパンタグラフ用すり板集電材料であって、上記摺動面における中央部には非繊維状の炭素を主体とする主摺動部２が位置し、上記摺動面における上記主摺動部２の周縁には炭素繊維強化炭素複合材料から成る補助摺動部３が位置することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電用架線と接触する摺動面を備えたパンタグラフ用すり板集電材料であって、
上記摺動面における中央部には非繊維状の炭素を主体とする主摺動部が位置し、上記摺動面における上記主摺動部の周縁には炭素繊維強化炭素複合材料から成る補助摺動部が位置することを特徴とするパンタグラフ用すり板集電材料。
【請求項２】
上記炭素繊維強化炭素複合材料中の炭素繊維が、一方向に配列した連続繊維から成る、請求項１記載のパンタグラフ用すり板集電材料。
【請求項３】
上記一方向に配列した連続繊維は上記主摺動部の周方向に沿っている、請求項２記載のパンタグラフ用すり板集電材料。
【請求項４】
上記炭素繊維強化炭素複合材料中の炭素繊維が、二方向に配列したクロス繊維から成る、請求項１記載のパンタグラフ用すり板集電材料。
【請求項５】
上記主摺動部と上記補助摺動部との間には接着剤層が存在する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のパンタグラフ用すり板集電材料。
【請求項６】
上記接着剤層は１３００℃以下の温度で熱処理されている、請求項５記載のパンタグラフ用すり板集電材料。
【請求項７】
上記摺動面の全面積に対する上記摺動面における補助摺動部の面積の比率が５０％以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のパンタグラフ用すり板集電材料。
【請求項８】
上記主摺動部がカーボン単体又はカーボン−銅複合材からなる、請求項１〜７のいずれか１項に記載のパンタグラフ用すり板集電材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両のパンタグラフに用いられるすり板集電材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車等に用いられるパンタグラフ用すり板集電材料（以下、単にすり板と称することがある）は、硬質銅材からなる架線と接触しつつ互いに摩擦しながら大電流を集電するという作用を発揮するものであり、架線の摩耗が少なく、且つすり板自身の摩耗が少ないということが要求される。そこで、近年、すり板として金属（合金）系のものからカーボン系のものに移行しつつある。
【０００３】
具体的に、カーボン系すり板としては、カーボン内部の気孔に銅系の溶融金属を含浸する銅含浸型カーボン系すり板が最も幅広く使用されている。しかしながら、カーボン系すり板は脆性材料であり、金属（合金）系のすり板に比べて耐衝撃性に劣るという特性を有している。このため、例えば、寒冷地の厳冬期に、送電用架線に霜や氷柱が付着した場合には、当該霜等とパンタグラフとの衝突や離線アークが生じ、すり板における摺動面の端部（特にエッジ部）にカケ等が発生する場合があった。
【０００４】
一方、同じカーボンでも炭素繊維を含んだ炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット材料）は、その高い耐衝撃性や軽量、高強度などの優れた特性を有しているので、航空宇宙、高温炉などの耐熱材料、ブレーキ、クラッチなどの摩擦材料の他、ボルトやホットプレスモールド、ガラス用治具などの工業材料、ヒーターなど幅広い分野で使用されている。上記炭素繊維強化炭素複合材料の特性を考慮して、チタンを含む炭素繊維を備えた炭素繊維強化炭素複合材料をすり板として用いることが提案されている。（下記特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特許第３９８７６５６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、炭素繊維やチタンは非常に高価であるため、消耗品であるすり板にこれらの材料を用いると、ランニングコストが高騰するという課題を有していた。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑み、パンタグラフを用いる車両のランニングコストが高騰するのを抑制すると共に、カーボン系すり板の端部のカケや飛散を防止することができる耐衝撃性に優れたパンタグラフ用すり板集電材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、送電用架線と接触する摺動面を備えたパンタグラフ用すり板集電材料であって、上記摺動面における中央部には非繊維状の炭素を主体とする主摺動部が位置し、上記摺動面における上記主摺動部の周縁には炭素繊維強化炭素複合材料から成る補助摺動部が位置することを特徴とする。
【０００９】
上記構成であれば、既存のカーボン系すり板（上記非繊維状の炭素を主体とする主摺動部）を摺動面における中央部に配置しているので、すり板全体として耐摩耗性が大きく低下することはない。加えて、上記主摺動部の周縁には、強度が高く且つ靱性が高い（即ち、耐衝撃性に優れる）炭素繊維強化炭素複合材料から成る補助摺動部を配置しているので、従来問題のあったエッジ部での欠けが生じ難くなる。また、高価な炭素繊維強化炭素複合材料から成る補助摺動部を、主摺動部の周縁にのみ配置しているので、炭素繊維強化炭素複合材料の使用量もさほど多くなく、コストの低減が可能となる。このように、実績のあるすり板材料を使用しつつ、耐衝撃性に優れる炭素繊維強化炭素複合材料を必要な部分に限定して使用することにより、エッジ部での欠けを抑制できるパンタグラフ用すり板集電材料を、比較的安価に作製できる。
【００１０】
また、万が一非繊維状の炭素を主体とする主摺動部に過大な衝撃が加わって割れが発生した場合であっても、主摺動部の周縁に配置された補助摺動部により主摺動部の形状がある程度維持される。したがって、破片が瞬時に飛散するのを抑制できるので、安全性の向上も期待できる。
【００１１】
尚、上記非繊維状の炭素とは、繊維を含まず、粒子結合により形成されている炭素を意味する。また非繊維状の炭素を主体とするとは、主摺動部の総量に対する非繊維状の炭素の割合が５０重量％以上の場合をいう。
【００１２】
上記炭素繊維が、一方向に配列した連続繊維から成る、或いは、二方向に配列したクロス繊維から成ることが望ましい。
上記一方向に配列した連続繊維とは、炭素繊維の延在方向を一方向にそろえた繊維をいい、二方向に配列したクロス繊維とは、炭素繊維の延在方向が２つの異なる方向となっている繊維をいう。尚、２つの異なる方向は任意の方向で良いが、一般的には、互いに直交するような方向となっている。
【００１３】
上記炭素繊維が一方向に配列した連続繊維から成る場合に、配列方向は主摺動部の周方向に沿っていることが望ましい。
炭素繊維が一方向に配列した連続繊維から成る場合には、炭素繊維の配列方向（延在方向）の強度が非常に高くなる。したがって、炭素繊維の配列方向を主摺動部の周方向に沿うように（摺動面と平行になるように）規制すれば、主摺動部に対する緊迫力が大きくなるので、主摺動部に割れが発生した場合に破片が飛散するのを一層抑制することができる。
尚、炭素繊維が二方向に配列したクロス繊維から成る場合には、どちらか一方の方向に配列された炭素繊維が主摺動部の周方向に沿うように（摺動面と平行になるように）規制すれば、上記と同様の作用効果が発揮される。
【００１４】
上記主摺動部と上記補助摺動部との間には接着剤層が存在することが望ましい。
上記構成であれば、主摺動部と補助摺動部とをより強固に固定することができるからである。
【００１５】
上記接着剤層は１３００℃以下の温度で熱処理されていることが望ましい。
熱処理温度を１３００℃以下に規制するのは、１３００℃を超える温度で熱処理すると、例えば、カーボン接着剤などは、強度低下を招来することがあるからである。但し、主摺動部にカーボン-銅複合材を使用する場合には、１０００℃以下で熱処理することが好ましい。これは、銅の融点が１０８３℃であるため、１０８３℃を超える温度で熱処理すると、銅が溶出することがあるからである。
尚、接着剤層は炭化させても炭化させなくても良いが、炭化させることにより、電気抵抗率が減少し、補助摺動部においても集電性能を発揮させることができる。接着剤層を炭化させる場合には、熱処理温度を５００〜１３００℃（カーボン-銅複合材を使用する場合には、５００〜１０００℃）程度で行なえば良いが、接着強度をより大きくするには８００〜１０００℃程度で行なうのが好ましい。
一方、接着剤層を炭化しない場合には、接着剤中に金属や炭素から成る導電性粒子を含んだ導電性接着剤を用いるのが好ましい。これにより、補助摺動部においても集電性能を発揮できるからである。この場合には、２００〜４００℃程度の温度で導電性接着剤を硬化させれば良い。
【００１６】
上記摺動面の全面積に対する摺動面における上記補助摺動部の面積の比率（以下、単に、補助摺動部の面積比率と称することがある）が５０％以下であることが望ましい。
主として、補助摺動部より主摺動部の方が耐摩耗性に優れているため、補助摺動部の面積比率が５０％を超えると、耐摩耗性が低下することがあるからである。このようなことを考慮すれば、補助摺動部の面積比率は３０％以下であることが更に好ましく、２０％以下であることが特に好ましい。但し、補助摺動部の面積比率が余り小さくなると、補助摺動部の厚みが小さくなり過ぎて、エッジ部のカケを防止するという効果を十分に発揮できない場合がある。したがって、補助摺動部の面積比率は５％以上であることが望ましい。
【００１７】
上記主摺動部がカーボン単体又はカーボン−銅複合材からなることが望ましい。
主摺動部がカーボン単体又はカーボン−銅複合材から構成されていれば、導電性に優れ、且つ、架線や主摺動部の摩耗が少なくなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、パンタグラフを用いる車両のランニングコストが高騰するのを抑制できると共に、カーボン系すり板の端部のカケや飛散を防止するといった優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の最良の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明に係るパンタグラフ用すり板集電材料の一例を示す斜視図、図２はその平面図、図３は正面図、図４は側面図であり、また、図５は図２のＡ−Ａ線矢視断面図、図６は図２のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【００２０】
図１〜図６に示すように、パンタグラフ用すり板集電材料（以下、単に、すり板と略することがある）１は主摺動部２と補助摺動部３とを有しており、架線（図示せず）に接触する面４は平行四辺形となるように構成されている。上記すり板１は金属製のさや５に保持されており、このさや５はボルト６により図示しないパンタグラフの舟体に固定されている。図２及び図６に示すように、上記すり板１の長さＬ１は２７０ｍｍ、幅Ｌ２は４０ｍｍ、高さＬ３は２０ｍｍとなっており、また、補助摺動部３の幅Ｌ４は３．５ｍｍとなっている。
【００２１】
ここで、上記補助摺動部３は炭素繊維強化炭素複合材料から成る。この炭素繊維強化炭素複合材料に用いられる炭素繊維としては、ＰＡＮ系、ピッチ系のどちらでも良く、炭素繊維表面へのサイジング剤の付着の有無に関わらず使用することができる。上記炭素繊維には主に樹脂液を塗布して使用するが、樹脂の種類としてフェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられる。この中で、高温での接着性能、価格の面からフェノール樹脂、エポキシ樹脂がより好ましい。また、これらの樹脂液にフィラーとして粉末を混合することができる。フィラーとして黒鉛粉末、炭素粉末の他、銅、鉄、銀、錫、アルミ、ケイ素、ニッケル、亜鉛、モリブデン、チタンおよびこれらの合金などの金属粉末等が例示される。
【００２２】
一方、上記主摺動部２は非繊維状の炭素を主体とする材料、例えばカーボン単体又はカーボン-銅複合材から成る。これら材料に用いられるカーボンとしては、熱処理温度が８００〜２０００℃のものが主に使用されるが、パンタグラフ用すり板集電材料の主摺動部として必要な物理特性や耐摩耗性を有していれば、特に制限なく使用することができる。上記カーボン-銅複合材として、例えば、従来より用いられている銅含浸型カーボン系すり板のように高温高圧条件下にて溶融金属を含浸させる材料、混合焼結型カーボン系すり板のように、銅粉とカーボン二次粉を混合、成形、焼成して得られる材料等、すり板の主摺動部として必要な物理特性や耐摩耗性を有していれば、特に制限なく使用することができる。
【００２３】
尚、上記大きさのパンタグラフ用すり板集電材料の場合には、補助摺動部３の幅Ｌ４は約１〜５ｍｍの厚みであることが望ましく、１〜３ｍｍであることが更に望ましい。尚、耐摩耗性に優れる主摺動部の面積ができるだけ広い（補助摺動部３の幅Ｌ４を更に小さくする）ほうが望ましいが、補助摺動部３の幅Ｌ４が余り小さくなると、パンタグラフ用すり板集電材料のエッジ部のカケの防止効果を十分に発揮できないことがある。そこで、補助摺動部３の幅Ｌ４の下限を１ｍｍとするのが望ましい。
【００２４】
また、主摺動部の側面外周部を炭素繊維強化炭素複合材料で囲む方法としては、下記（１）〜（３）に示す方法が例示される。
（１）主摺動部の外周部に樹脂を塗布した炭素繊維（一方向に配列した連続繊維又は二方向に配列したクロス繊維）を、ワインディング等の装置を用いて、もしくは手動で直接巻きつけ、１３００℃以下の熱処理により主摺動部と接着する方法。
（２）ダミーの被巻き付け体（例えば、後述の黒鉛治具）に樹脂を塗布した炭素繊維を巻き付けた後、熱処理して得られた中空状の炭素繊維強化炭素複合材料（補助摺動部）を主摺動部にはめ込み熱処理して接着する方法。
（３）板状の炭素繊維板に樹脂を塗布し、これが主摺動部を囲うように配置した後、熱処理して接着する方法。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
先ず、炭素繊維〔東レ株式会社製Ｔ−７００、具体的には、炭素繊維が一方向に配列した連続繊維から成り、当該配列方向が後述する主摺動部２の周方向（摺動面と平行となる方向）なるように構成されている〕にフェノール樹脂（群栄化学工業株式会社製、Ｊ−３２５）を塗布した後、ワインディング装置を用いて黒鉛治具（約８ｍｍ×約５８ｍｍ×約１５０ｍｍ）に巻きつけ、更に、昇温温度約１０℃／ｈで２００℃硬化を行なった後、昇温温度３０℃／ｈで不活性ガス雰囲気中１０００℃で焼成を行なった。次いで、この焼成体を切断した後、上記黒鉛治具から取り外した。これにより、図７に示すように、収納空間３ａを備えた炭素繊維強化炭素複合材料から成る補助摺動部３が作製される。尚、この補助摺動部３の外幅Ｌ１１は１０ｍｍ、内幅Ｌ１２は８ｍｍであって、肉厚Ｌ１３は１ｍｍとなっている。また、この補助摺動部３の高さＬ１４は１０ｍｍ、外長さＬ１５は６０ｍｍ、内長さ１６は５８ｍｍである。
【００２６】
次に、銅含浸型カーボン（東洋炭素株式会社製ＰＣ−７８Ａ）から成る主摺動部２（図８参照）の外周面（上記補助摺動部３の内周面と当接する面）に金属粉を含有した導電性接着剤を塗布した後、上記補助摺動部３の収納空間３ａ内に主摺動部２を嵌め込み、更に、約２００℃での硬化と、１０００℃での焼成を経ることにより、実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
【００２７】
尚、上記主摺動部２の幅Ｌ１７は８ｍｍ、高さＬ１８は１０ｍｍ、長さＬ１９は５８ｍｍであって、摺動面の大きさが８ｍｍ×５８ｍｍとなっている。また、摺動面に位置する補助摺動部３の面積（図９の３ｂの面積）は１３６ｍｍ2であり、摺動面に位置する主摺動部２の面積（図９の２ｂの面積）は４６４ｍｍ2であるということから、摺動面の全面積に対する摺動面に位置する補助摺動部３の面積の比率（以下、単に、補助摺動部３の面積比率と称することがある）は、約２３％となっている。
【００２８】
また、上記ＰＣ−７８Ａは、粒径の小さいコークス系原料とピッチ系バインダとを使用し、成形、焼成したカーボン焼成体に、高温高圧下溶融した銅をカーボンの気孔に含浸することにより得られたすり板専用材である。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ１と称する。
【００２９】
（実施例２）
黒鉛治具の大きさを約７ｍｍ×５７ｍｍ×１５０ｍｍとすることによって、補助摺動部３の内幅Ｌ１２を７ｍｍ、内長さＬ１６を５７ｍｍとし、且つ、主摺動部２の幅Ｌ１７を７ｍｍ、長さＬ１９を５７ｍｍとした。このように規制することにより、補助摺動部３の肉厚Ｌ１３を１．５ｍｍとした。上記構造とし、且つ、金属粉を含有した導電性接着剤の代わりにカーボン粉を含有した導電性接着剤を用いた以外は、上記実施例１と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
【００３０】
尚、摺動面に位置する補助摺動部３の面積は２０１ｍｍ2であり、摺動面に位置する主摺動部２の面積は３９９ｍｍ2であるということから、補助摺動部３の面積比率は、約３４％となっている。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ２と称する。
【００３１】
（実施例３）
先ず、銅含浸型カーボン（東洋炭素株式会社製ＰＣ−７８Ａ）の周縁に、ワインディング装置を用いて、炭素繊維（東レ株式会社製、Ｔ−７００）にフェノール樹脂（群栄化学工業株式会社製、Ｊ−３２５）を塗布したものを巻きつけた。次に、昇温温度約１０℃／ｈで２００℃硬化を行なった後、昇温温度３０℃／ｈで不活性ガス雰囲気中１０００℃で焼成を行ない、更に、当該焼成物を切断することにより、実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。即ち、炭素繊維にフェノール樹脂を塗布したものを、銅含浸型カーボンに直接巻きつけた点で、上記実施例１、２と大きく異なっている。尚、炭素繊維の配列方向は、主摺動部２の周方向（摺動面と平行となる方向）なるように構成されている。
【００３２】
ここで、上記銅含浸型カーボンの幅は６ｍｍ、高さは１５０ｍｍ、長さは５６ｍｍであり、また、炭素繊維にフェノール樹脂を塗布したものを巻きつけたときの厚さは２ｍｍである。そして、これを上記のように切断することにより、外幅Ｌ１１が１０ｍｍ、内幅Ｌ１２が６ｍｍ、肉厚Ｌ１３が２ｍｍ、高さＬ１４が１０ｍｍ、外長さＬ１５が６０ｍｍ、内長さＬ１６が５６ｍｍの補助摺動部３と、幅Ｌ１７が６ｍｍ、高さＬ１８が１０ｍｍ、長さＬ１９が５６ｍｍの主摺動部２とを作製した。この場合、主摺動部２における摺動面の大きさは６ｍｍ×５６ｍｍとなっている。
【００３３】
尚、摺動面に位置する補助摺動部３の面積は２６４ｍｍ2であり、摺動面に位置する主摺動部２の面積は３３６ｍｍ2であるということから、補助摺動部３の面積比率は、約４４％となっている。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ３と称する。
【００３４】
（実施例４）
銅含浸型カーボンとして東洋炭素株式会社製ＳＸ−８０１Ａを用いると共に、銅含浸型カーボンの大きさを異ならしめ、且つ、炭素繊維にフェノール樹脂を塗布したものを主摺動部２に巻きつける際の厚みを異ならしめ、更に、焼成温度を８００℃とした以外は、上記実施例３と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
【００３５】
ここで、上記銅含浸型カーボンの幅は７ｍｍ、高さは１５０ｍｍ、長さは５７ｍｍであり、また、炭素繊維にフェノール樹脂を塗布したものを巻きつけたときの厚さは１．５ｍｍである。そして、これを上記のように切断することにより、外幅Ｌ１１が１０ｍｍ、内幅Ｌ１２が７ｍｍ、肉厚Ｌ１３が１．５ｍｍ、高さＬ１４が１０ｍｍ、外長さＬ１５が６０ｍｍ、内長さＬ１６が５７ｍｍの補助摺動部３と、幅Ｌ１７が７ｍｍ、高さＬ１８が１０ｍｍ、長さＬ１９が５７ｍｍの主摺動部２とを作製した。この場合、主摺動部２における摺動面の大きさは７ｍｍ×５７ｍｍとなっている。また、上記ＳＸ−８０１Ａは、粒径の小さいコークス系原料とピッチ系バインダの他にチョップドファイバー（短炭素繊維）を混合し、成形、焼成したカーボン焼成体に、高温高圧下溶融した銅をカーボンの気孔に含浸することにより得られたすり板専用材である。
【００３６】
尚、摺動面に位置する補助摺動部３の面積は２０１ｍｍ2であり、摺動面に位置する主摺動部２の面積は３９９ｍｍ2であるということから、補助摺動部３の面積比率は、約３４％となっている。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ４と称する。
【００３７】
（実施例５）
銅含浸型カーボンの大きさを約６ｍｍ×５６ｍｍ×１５０ｍｍとすることによって、補助摺動部３の内幅Ｌ１２を６ｍｍ、内長さＬ１６を５６ｍｍとし、且つ、主摺動部２の幅Ｌ１７を６ｍｍ、長さＬ１９を５６ｍｍとした。このように規制することにより、補助摺動部３の肉厚Ｌ１３を２ｍｍとした。上記構造とした以外は、上記実施例４と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
【００３８】
尚、摺動面に位置する補助摺動部３の面積は２６４ｍｍ2であり、摺動面に位置する主摺動部２の面積は３３６ｍｍ2であるということから、補助摺動部３の面積比率は、約４４％となっている。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ５と称する。
【００３９】
（実施例６）
主摺動部２として、銅含浸型カーボンに代えてカーボン材であるＩＳＥＭ−１焼成品を用い、且つ、焼成温度を５００℃とした以外は、上記実施例４と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
【００４０】
補助摺動部３におけるＬ１１〜Ｌ１６、主摺動部２におけるＬ１７〜Ｌ１９、及び主摺動部２における摺動面の大きさは、全て上記実施例４と同じであるので、補助摺動部３の面積比率は、約３４％となっている。また、ＩＳＥＭ−１は、粒径の小さいコークス系原料とバインダとを使用し、成形、焼成したカーボン焼成体である。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ６と称する。
【００４１】
（実施例７）
主摺動部２として、銅含浸型カーボンに代えてカーボン材であるＩＳＥＭ−１焼成品を用い、且つ、焼成温度を１３００℃とした以外は、上記実施例５と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
【００４２】
補助摺動部３におけるＬ１１〜Ｌ１６、主摺動部２におけるＬ１７〜Ｌ１９、及び主摺動部２における摺動面の大きさは、全て上記実施例５と同じであるので補助摺動部３の面積比率は、約４４％となっている。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ７と称する。
【００４３】
（実施例８）
銅含浸型カーボンとして上記ＰＣ−７８Ａを用いると共に、１０００℃での焼成を行わなかったこと以外は、上記実施例４と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
【００４４】
尚、補助摺動部３におけるＬ１１〜Ｌ１６、主摺動部２におけるＬ１７〜Ｌ１９、及び主摺動部２における摺動面の大きさは、全て上記実施例４と同じであるので、補助摺動部３の面積比率は、約３４％となっている。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ８と称する。
（実施例９）
１０００℃での焼成を行わなかったこと以外は、上記実施例４と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
【００４５】
尚、補助摺動部３におけるＬ１１〜Ｌ１６、主摺動部２におけるＬ１７〜Ｌ１９、及び主摺動部２における摺動面の大きさは、全て上記実施例４と同じであるので、補助摺動部３の面積比率は、約３４％となっている。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ９と称する。
【００４６】
（実施例１０）
銅含浸型カーボンの大きさを異ならしめると共に、炭素繊維にフェノール樹脂を塗布したものを主摺動部２に巻きつける際の厚みを異ならしめ、且つ、１０００℃での焼成を行わなかったこと以外は、上記実施例４と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
【００４７】
ここで、上記銅含浸型カーボンの幅は９ｍｍ、高さは１５０ｍｍ、長さは５９ｍｍであり、また、炭素繊維にフェノール樹脂を塗布したものを巻きつけたときの厚さは０．５ｍｍである。そして、これを上記のように切断することにより、外幅Ｌ１１が１０ｍｍ、内幅Ｌ１２が９ｍｍ、肉厚Ｌ１３が０．５ｍｍ、高さＬ１４が１０ｍｍ、外長さＬ１５が６０ｍｍ、内長さＬ１６が５９ｍｍの補助摺動部３と、幅Ｌ１７が９ｍｍ、高さＬ１８が１０ｍｍ、長さＬ１９が５９ｍｍの主摺動部２とを作製した。この場合、主摺動部２における摺動面の大きさは９ｍｍ×５９ｍｍとなっている。
【００４８】
尚、摺動面に位置する補助摺動部３の面積は６９ｍｍ2であり、摺動面に位置する主摺動部２の面積は５３１ｍｍ2であるということから、補助摺動部３の面積比率は、約１２％となっている。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ１０と称する。
【００４９】
（実施例１１）
炭素繊維として、クロス繊維から成る炭素繊維〔東レ株式会社製ＣＫ６２４４、具体的には、炭素繊維が二方向に配列しており、一の配列方向が後述する主摺動部２の周方向（摺動面と平行となる方向）となり、他の配列方向が一の配列方向と直交するように構成されている〕を用いると共に、焼成温度を１０００℃とした以外は、上記実施例４と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
【００５０】
補助摺動部３におけるＬ１１〜Ｌ１６、主摺動部２におけるＬ１７〜Ｌ１９、及び主摺動部２における摺動面の大きさは、全て上記実施例４と同じであるので、補助摺動部３の面積比率は、約３４％となっている。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ１１と称する。
【００５１】
（実施例１２）
１０００℃での焼成を行わなかったこと以外は、上記実施例１１と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
尚、補助摺動部３におけるＬ１１〜Ｌ１６、主摺動部２におけるＬ１７〜Ｌ１９、及び主摺動部２における摺動面の大きさは、全て上記実施例１１と同じであるので、補助摺動部３の面積比率は、約３４％となっている。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ１２と称する。
【００５２】
（実施例１３）
主摺動部の材料として東洋炭素株式会社製ＴＭを用いると共に、焼成温度を１０００℃とした以外は、上記実施例４と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
尚、補助摺動部３におけるＬ１１〜Ｌ１６、主摺動部２におけるＬ１７〜Ｌ１９、及び主摺動部２における摺動面の大きさは、全て上記実施例４と同じであるので、補助摺動部３の面積比率は、約３４％となっている。また、上記ＴＭは、粒径の小さいコークス系原料とピッチ系バインダに銅粉を混合し、成形、焼成して得られた混合焼成型カーボンである。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ１３と称する。
【００５３】
（実施例１４）
銅含浸型カーボン（東洋炭素株式会社製ＳＸ−８０１Ａ）の周縁に、炭素繊維が一軸配向した板状の炭素繊維複合体にフェノール樹脂を塗布したものを、一方向につき５〜１０枚積層した後、１００ｋｇ／ｃｍ2の圧力を加えつつ１６０℃にて金型成形した。次に、この成形体を所定の長さに切断後、表面にカーボン接着剤と銅粉を約８：２に混合したものを塗布し、主摺動部に沿うように配置、接着した。最後に、これを８００℃で焼成することによりて実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
【００５４】
ここで、上記銅含浸型カーボンの幅は７ｍｍ、高さは１５０ｍｍ、長さは５７ｍｍであり、また、接着した炭素繊維複合体の厚さは１．５ｍｍである。そして、これを上記のように切断することにより、外幅Ｌ１１が１０ｍｍ、内幅Ｌ１２が７ｍｍ、肉厚Ｌ１３が１．５ｍｍ、高さＬ１４が１０ｍｍ、外長さＬ１５が６０ｍｍ、内長さＬ１６が５７ｍｍの補助摺動部３と、幅Ｌ１７が７ｍｍ、高さＬ１８が１０ｍｍ、長さＬ１９が５７ｍｍの主摺動部２とを作製した。この場合、主摺動部２における摺動面の大きさは７ｍｍ×５７ｍｍとなっている。
【００５５】
尚、摺動面に位置する補助摺動部３の面積は２０１ｍｍ2であり、摺動面に位置する主摺動部２の面積は３９９ｍｍ2であるということから、補助摺動部３の面積比率は、約３４％となっている。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ１４と称する。
【００５６】
（実施例１５）
炭素繊維として、クロス繊維から成る炭素繊維〔東レ株式会社製ＣＫ６２４４、具体的には、炭素繊維が二方向に配列しており、一の配列方向が後述する主摺動部２の周方向（摺動面と平行となる方向）となり、他の配列方向が一の配列方向と直交するように構成されている〕を用いると共に、焼成温度を１０００℃とした以外は上記実施例１４と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
【００５７】
補助摺動部３におけるＬ１１〜Ｌ１６、主摺動部２におけるＬ１７〜Ｌ１９、及び主摺動部２における摺動面の大きさは、全て上記実施例１４と同じであるので、補助摺動部３の面積比率は、約３４％となっている。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、本発明すり板Ａ１５と称する。
【００５８】
（比較例１）
銅含浸型カーボンであるＰＣ−７８Ａ（幅１０ｍｍ×高さ１０ｍｍ×長さ６０ｍｍ）のみを用いる（主摺動部のみから構成され、主摺動部の周縁に補助摺動部が形成されていない構成である）以外は、上記実施例１と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、比較すり板Ｚ１と称する。
【００５９】
（比較例２）
銅含浸型カーボンであるＳＸ−８０１Ａ（幅１０ｍｍ×高さ１０ｍｍ×長さ６０ｍｍ）のみを用いる（主摺動部のみから構成され、主摺動部の周縁に補助摺動部が形成されていない構成である）以外は、上記実施例４と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、比較すり板Ｚ２と称する。
【００６０】
（比較例３）
カーボン材であるＩＳＥＭ−１（幅１０ｍｍ×高さ１０ｍｍ×長さ６０ｍｍ）のみを用いる（主摺動部のみから構成され、主摺動部の周縁に補助摺動部が形成されていない構成である）以外は、上記実施例６と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、比較すり板Ｚ３と称する。
【００６１】
（比較例４）
混合焼成型カーボンであるＴＭ（幅１０ｍｍ×高さ１０ｍｍ×長さ６０ｍｍ）のみを用いる（主摺動部のみから構成され、主摺動部の周縁に補助摺動部が形成されていない構成である）以外は、上記実施例１３と同様にして実験用のパンタグラフ用すり板集電材料を作製した。
このようにして作製したパンタグラフ用すり板集電材料を、以下、比較すり板Ｚ４と称する。
【００６２】
（実験）
上記本発明すり板Ａ１〜Ａ１５及び上記比較すり板Ｚ１〜Ｚ４における耐衝撃性を調べるため、シャルピー衝撃試験機（前川試験機）を用い、長手方向の側面略中央部にハンマーを衝突させる（図９のＣ方向から衝突させる）ことにより、５０Ｊの衝撃を加えてシャルピー衝撃値を測定したので、その結果を表１〜表３に示す。尚、試料数は各２個である。
【００６３】
【表１】
2010022142.tif 000003
【００６４】
【表２】
2010022142.tif 000004
【００６５】
【表３】
2010022142.tif 000005
【００６６】
表１〜表３から明らかなように、主摺動部の周縁に補助摺動部が設けられていない比較すり板Ｚ１〜Ｚ４では、シャルピー衝撃値は１．８〜５．０ｋＪ／ｍ2であるのに対して、主摺動部の周縁に補助摺動部が設けられた本発明すり板Ａ１〜Ａ１３では、シャルピー衝撃値は６．２〜１４．５ｋＪ／ｍ2であり、本発明すり板Ａ１〜Ａ１３は比較すり板Ｚ１〜Ｚ４よりも衝撃に対して強くなっていることが認められる。また、表１〜表３には示していないが、比較すり板Ｚ１〜Ｚ４では、破壊された試験片はばらばらに飛散したのに対して、本発明すり板Ａ１〜Ａ１３では、破壊された試験片は補助摺動部の内側に留まり飛散しないことが認められた。
更に詳細に検討すると、以下の通りである。
【００６７】
Ａ．主摺動部（比較すり板では補助摺動部が存在しないのですり板全体をいう。以下同様）としてＰＣ−７８Ａを用いた場合
（１）補助摺動部を有する本発明すり板Ａ１〜Ａ３、Ａ８と補助摺動部を有しない比較すり板Ｚ１を比べた場合、本発明すり板Ａ１〜Ａ３、Ａ８ではシャルピー衝撃値は８．７〜１４．５ｋＪ/ｍ2であるのに対して、比較すり板Ｚ１ではシャルピー衝撃値は４．２ｋＪ/ｍ2であることが認められる。したがって、本発明すり板Ａ１〜Ａ３、Ａ８は、比較すり板Ｚ１より２．１〜３．５倍程度高強度となっていることがわかる。
【００６８】
（２）補助摺動部の厚みが異なる本発明すり板Ａ１〜Ａ３におけるシャルピー衝撃値を比べると、本発明すり板Ａ１＜本発明すり板Ａ２＜本発明すり板Ａ３となっていることが認められる。したがって、補助摺動部の厚みが大きい方が高強度となっていることがわかる。尚、補助摺動部の厚みが１ｍｍ（補助摺動部３の面積比率が２３％）の本発明すり板Ａ１あっても、比較すり板Ｚ１に比べて２．１倍程度高強度となっており、補助摺動部の厚みがある程度小さくても本発明の目的を達成できることがわかる。
【００６９】
（３）焼成の有無が異なる本発明すり板Ａ２と本発明すり板Ａ８とを比べると、シャルピー衝撃値は略同等である。したがって、焼成の有無に関わらず、本発明の構成であれば高強度となることがわかる。
【００７０】
Ｂ．主摺動部としてＳＸ−８０１Ａを用いた場合
（１）補助摺動部を有する本発明すり板Ａ４、Ａ５、Ａ９、Ａ１０〜Ａ１２と補助摺動部を有しない比較すり板Ｚ２とを比べた場合、本発明すり板Ａ４、Ａ５、Ａ９、Ａ１０〜Ａ１２ではシャルピー衝撃値は７．２〜１３．８ｋＪ/ｍ2であるのに対して、比較すり板Ｚ２ではシャルピー衝撃値は５．０ｋＪ/ｍ2であることが認められる。したがって、本発明すり板Ａ４、Ａ５、Ａ９、Ａ１０〜Ａ１２、Ａ１４、Ａ１５は、比較すり板Ｚ２より１．４〜２．８倍程度高強度となっていることがわかる。
【００７１】
（２）補助摺動部の厚みが異なる本発明すり板Ａ４、Ａ５におけるシャルピー衝撃値を比べると、本発明すり板Ａ４＜本発明すり板Ａ５となっていることが認められる。したがって、補助摺動部の厚みが大きい方が高強度となっていることがわかる。尚、補助摺動部の厚みが０．５ｍｍ（補助摺動部３の面積比率が１２％）の本発明すり板Ａ１０あっても、比較すり板Ｚ２に比べて１．４倍程度高強度となっており、補助摺動部の厚みがある程度小さくても本発明の目的を達成できることがわかる。
【００７２】
（３）焼成の有無が異なる本発明すり板Ａ４と本発明すり板Ａ９（或いは、本発明すり板Ａ１１と本発明すり板Ａ１２）とを比べると、シャルピー衝撃値は略同等である。したがって、焼成の有無に関わらず、本発明の構成であれば高強度となることがわかる。
【００７３】
（４）補助摺動部の炭素繊維の配列が二方向である本発明すり板Ａ１１、Ａ１２の場合であっても、補助摺動部の炭素繊維の配列が一方向である本発明すり板Ａ４、Ａ５、Ａ９、Ａ１０の場合と同様、シャルピー衝撃値が比較すり板Ｚ２より大きくなっており、補助摺動部の炭素繊維の配列が一方向である場合のみならず、補助摺動部の炭素繊維の配列が二方向である場合も本発明の目的を達成できることがわかる。
【００７４】
（５）補助摺動部として板状の炭素繊維複合体を用い、これを主摺動部に貼り付けて焼成した本発明すり板Ａ１４、Ａ１５は、補助摺動部として帯状の炭素繊維を用い、これを主摺動部に巻回して焼成した本発明すり板Ａ１１とシャルピー衝撃値は略同等である。したがって、補助摺動部として板状のものを用いても本発明の目的を達成できることがわかる。尚、本発明すり板Ａ１４と本発明すり板Ａ１５とでは、補助摺動部の炭素繊維の配列方向と焼成温度とが異なっているが、シャルピー衝撃値は略同等である。
【００７５】
Ｃ．主摺動部としてＩＳＥＭ−１を用いた場合
（１）補助摺動部を有する本発明すり板Ａ６、Ａ７と補助摺動部を有しない比較すり板Ｚ３を比べた場合、本発明すり板Ａ６、Ａ７ではシャルピー衝撃値は６．２〜７．４ｋＪ/ｍ2であるのに対して、比較すり板Ｚ３ではシャルピー衝撃値は１．８ｋＪ/ｍ2であることが認められる。したがって、本発明すり板Ａ６、Ａ７は、比較すり板Ｚ３より３．４〜４．１倍程度高強度となっていることがわかる。
【００７６】
Ｄ．主摺動部としてＴＭを用いた場合
（１）補助摺動部を有する本発明すり板Ａ１３と補助摺動部を有しない比較すり板Ｚ４を比べた場合、本発明すり板Ａ１３ではシャルピー衝撃値は９．８ｋＪ/ｍ2であるのに対して、比較すり板Ｚ４ではシャルピー衝撃値は４．２ｋＪ/ｍ2であることが認められる。したがって、本発明すり板Ａ１３は、比較すり板Ｚ４より２．３倍程度高強度となっていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は鉄道車両のパンタグラフに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係るパンタグラフ用すり板集電材料の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るパンタグラフ用すり板集電材料の一例を示す平面図である。
【図３】本発明に係るパンタグラフ用すり板集電材料の一例を示す正面図である。
【図４】本発明に係るパンタグラフ用すり板集電材料の一例を示す側面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図６】図２のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図７】実験に用いたパンタグラフ用すり板集電材料における補助摺動部の斜視図である。
【図８】実験に用いたパンタグラフ用すり板集電材料における主摺動部の斜視図である。
【図９】実験に用いたパンタグラフ用すり板集電材料の斜視図である。
【符号の説明】
【００７９】
１      パンタグラフ用すり板集電材料
２      主摺動部
３      補助摺動部
５      さや
【図１】
2010022142.tif 000006
【図２】
2010022142.tif 000007
【図３】
2010022142.tif 000008
【図４】
2010022142.tif 000009
【図５】
2010022142.tif 000010
【図６】
2010022142.tif 000011
【図７】
2010022142.tif 000012
【図８】
2010022142.tif 000013
【図９】
2010022142.tif 000014